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Ciencias Marinas
ISSN: 0185-3880
Universidad Autónoma de Baja California
México
Hernández Carmona, Gustavo; Rodríguez Montesinos, Elizabeth; Arvizu Higuera, Dora Luz
Efecto de la temperatura y el tiempo de extracción en el proceso de obtención de alguinato de sodio a
partir de Macrocystis pyfera
Ciencias Marinas, vol. 22, núm. 4, 1996, pp. 511-521
Universidad Autónoma de Baja California
Ensenada, México
Available in: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=48022409
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C’lenc~us Murinas ( 1996). 22(4): 5 I I-52 I
EFECTO DE LA TEMPERATURA Y EL TIEMPO DE EXTRACCIi)N EN EL PROCESO DE OBTENCI6N DE ALGINATO DE SOD10 A PARTIR DE
Macrocystis pyrifera
EFFECT OF TEMPERATURE AND EXTRACTION TIME ON THE PROCESS TO OBTAIN SODIUM ALGINATE FROM
Macrocystis pyrifera
Dora Luz Arvizu-Higuera’
Gustav0 HernBndez-Carmona* * Y. Elizabeth Rodriguez-Montesinos
Centro lnterdisciplinario de Ciencias Marinas Apartado postal 592
La Paz, Baja California Sur, MCxico 23000 *E-mail: [email protected]
Recibido en septiembre de 1995; aceptado en julio de 1996
RESUMEN
Se analiz6 la etapa de extracci6n alcalina en el proceso de produccibn de alginato de sodio a partir del alga Macrocystis pyrifera. Se compararon 10s tratamientos de extraccibn en frio (28°C) y en caliente (80°C) para determinar el efecto de la temperatura de extracci6n sobre el rendimiento y viscosidad del product0 final, empleando muestras recolectadas en Bahia Tortugas, Baja California Sur (Mtxico), en el verano de 1994. Para el tratamiento en caliente se obtuvo un rendimiento de 19.10% y una viscosidad de 398 cps, mientras que en el proceso en frio el rendimiento fue de I5.53%, con una viscosidad de 466 cps, por lo que se concluye que con la exlracci6n en caliente se tiene un rendimiento significativamente mayor que con la extracci6n en frio, y la calidad en tCrminos de vis- cosidad no fue significativamente diferente. Se determin6 el efecto del tiempo de tratamiento durante la etapa de extraccidn en el proceso en caliente (SO’C), con muestras de alto rendimiento recolectadas en Bahia Tortugas en el otofio de 1990, con el tin de determinar el tiempo minim0 de extracci6n en el cual se puede obtener un product0 final de buena calidad, en tCrminos de viscosidad, y un alto rendimiento. Se probaron tiempos de extracci6n de 90 a 165 minutos a una temperatura de 80°C. No se encontr6 diferencia significativa entre 10s valores de rendimiento y viscosidad en el interval0 de temperatura estudiado, por lo que se concluye que el tiempo minim0 de extracci6n es de 90 minutos; sin embargo, si se desea llegar al final de la reaccibn se debe prolongar el tiempo de extraccibn a I20 minutos.
Palabras clave: Macrocystis pyrifera, acid0 alginico, alginatos, proceso, extraccibn
ABSTRACT
The alkaline extraction step of the process to obtain sodium alginate from Macrocystu pyrifera was investigated. We compared cold (28°C) and hot (80°C) treatments to determine the effect of extraction temperature on the yield and viscosity of the final product, using samples collected in Bahia Tortugas, Baja California Sur (Mexico), in the summer of 1994. At 80°C we obtained a yield of
’ Becario de la Comisi6n de Operacihn y Foment0 de Actividades Academicas del IPN (COFAA)
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Ciencias Marinas, Vol. 22, No. 4, I996
19.10% and a viscosity of 398 cps: at 28’C the yield was 15.53% and the viscosity was 466 cps. We conclude that hot extraction is more favourable, because the yield is statistically greater and the viscosity is the same. The effect of extraction time was also investigated in the hot process. using samples collected in Bahia Tortugas in the fall of 1990, to determine the minimum extraction time in which we can obtain high yield and quality of the final product. We tested times from 90 to I65 min- utes at 80°C. In the temperature range tested, no significant difference was found between the yields or the viscosity. We conclude that the minimum extraction time is 90 minutes; however, to reach the final reaction point. the time must be extended to 120 minutes.
Key words: Macrocystis pyrifera, alginic acid, alginate, process, extraction.
INTRODUCCIdN
Las algas cafes (feoficeas) son fuente poten- cial de alginatos, con propiedades que varian de una especie a otra. En MCxico, dentro del grupo de las feofitas la especie m8s importante es Macrocystis pyriferu (L.) C. Agardh, debido a su alto contenido de alginatos (Casas-Valdez, 1985; Hernindez-Carmona, 1985; Rodriguez- Montesinos y Herm’mdez-Carmona, 1991) y su gran abundancia en la peninsula de Baja Cali- fornia (Guzmin-del Pr6o et al., 1971; Casas- Valdez et al., 1985; Hernindez-Carmona et al., 1989% b, 1991).
El alginato es el nombre genCrico que se le da a las sales de1 gcido alginico, el cual es un polisacarido constituido por un polimero lineal, basado en dos unidades monomCricas, gcido B-D-manur6nico y a-L-gulur6nico, unidas por enlaces I, 4 (Hirst et al., 1964).
La produccibn de alginatos se basa en una serie de reacciones de intercambio i6nico para extraerlo y purificarlo. El primer0 en descubrir el Bcido alginico fue el inglCs E.C.C. Stanford en 1881 (Tseng, 1945), pero fue hasta 1886 cuando Krefting patent6 un proceso para obte- ner hcido alginico puro (Krefting, 1896). Sin embargo, la producci6n comercial se inici6 hasta 1929 en 10s Estados Unidos de Norte- amCrica (Steiner y McNeely, 1950) y se bash en las patentes de Clark y Green (1936), Green (1936) y LeGloahec y Herter (1938). A partir de entonces, se han desarrollado algunos traba- jos para mejorar el proceso. Bashford et al. (1950) y posteriormente Haug (I 964) plantea- ron la transformacibn del gcido alginico inso- luble a alginato de sodio soluble mediante dos etapas de intercambio ibnico. Myklestad (1968) describi6 ampliamente 10s efectos de diferentes
INTRODUCTION
Brown algae (phaeophytes) are a potential source of alginates, with properties that vary from one species to another. In Mexico, Macrocystis pyrifera (L.) C. Agardh is the most important species from the phaeophyte group, due to its high alginate content (Casas-Valdez, 1985; Hernhndez-Carmona, 1985; Rodriguez- Montesinos and HernBndez-Carmona, I99 1) and high abundance along the Baja California peninsula (Guzmhn-del Prbo et al., 1971; Casas-Valdez et al., 1985; Hernhndez-Carmona et al., l989a, b, 1991).
Alginate is the generic name given to the salts of alginic acid, which is a polysaccharide built up from a linear polymer based on 1, 4-linked residues of two monomeric units, l3-D mannuronic acid and a-L-guluronic acid (Hirst et al., 1964).
Alginate production is based on a series of ion-exchange reactions to extract and purify it. Alginic acid was first discovered by the Englishman E.C.C. Stanford in 1881 (Tseng, 1945), but it was not until 1886 that Krefting patented the process for obtaining pure alginic acid (Krefting, 1896). Commercial production, however, did not start until 1929 in the United States (Steiner and McNeely, 19.50) and was based on the patents of Clark and Green (I 936), Green (1936) and LeGloahec and Herter (1938). Since then, some studies have been carried out to improve this process. Bashford et al. (1950) and Haug (1964) proposed the transformation of insoluble alginic acid to solu- ble sodium alginate, using two stages of ion exchange. Myklestad (1968) described the effects of different factors on the pre-extraction stage; this is the stage that most publications
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Arvizu-Higuera et a/ : Efccto de temperatura y tiempo de extraction en la obtencion de alginato
factores en la etapa de preextraccion. Esta ulti- ma es una etapa sobre la que mas publicaciones se tienen: Haug (1964) Myklestad (1968) Duville et al. (1974) Hernandez-Carmona y Aguirre-Vilchis (I 987), Hernandez-Carmona et al. ( I99 I ), Hernandez-Carmona et al. (I 992) y Arvizu-Higuera et al. (1995). Sin embargo, existe poca information sobre la etapa de extraction: Bescond (1948) menciona en su patente el uso de carbonato de sodio del 5-7% para la digestion del alga, por un tiempo de I2 h; Lukachyov y Pochkalov (I 965) emplean carbonato de sodio y lo llevan a ebullicion, sin mencionar tiempo; Zvered et al. (1969), carbo- nato de sodio del l-2%, l-2 h a 27°C; Secconi (1967) solution basica de amoniaco, potasio o sodio 5-7%, con un tiempo de 5-24 h; Baranov et al. (I 980) 12-15% de carbonato de sodio mas 5% de fosfato de sodio, a 45°C por 30 min; McHugh (1987) cita el uso de carbonato de sodio, un tiempo de l-2 h y una temperatura de 50-95°C. En general, se menciona el empleo de un alcali coma carbonato de sodio y el uso de temperaturas y/o tiempos muy variables, sin ejemplificar 10s valores de rendimiento o viscosidad del product0 final para unos para- metros especificos o una especie de alga en particular. Por tal motivo, el objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de la tempera- tura y el tiempo de extraction sobre el rendi- miento y la viscosidad del alginato de sodio, empleando Macrocystis pyrifera coma materia prima.
MATERIAL Y MkTODOS
(a) Efecto de la temperatura de extraccidn sobre el rendimiento y la calidad en ttrminos de viscosidad
Para llevar a cabo 10s experimentos se empleo el metodo de Hernandez-Carmona et al. (patente en tramite), utilizando muestras de IO g de alga seca (hf. pyrifera), recolectada en Bahia Tortugas, Baja California Sur (Mexico), en el verano de 1994 para el experiment0 del efecto de temperatura y en el ototio de 1990 para el experiment0 del tiempo de tratamiento, por ser Csta una muestra de alto rendimiento.
deal with: Haug (1964), Myklestad (1968) Duville et al. (I 974). Hernandez-Carmona and Aguirre-Vilchis (I 987) Hernandez-Carmona et al. (1991) Hernandez-Carmona et al. (I 992) and Arvizu-Higuera et al. (1995). However, there is little information on the extraction stage: Bescond (I 948) mentions in his patent the use of 5-7% sodium carbonate for I2 h for algae breakdown; Lukachyov and Pochkalov (1965) use sodium carbonate and heat to boiling, but do not mention time; Zvered et al. (1969), l-2% sodium carbonate for l-2 h at 27°C; Secconi (1967), basic ammonia solution, 5-7% potassium or sodium for 5-24 h; Baranov et al. (1980) l2-15% sodium carbonate plus 5% sodium phosphate, at 45°C for 30 min; McHugh (I 987) cites the use of sodium carbon- ate for l-2 h at 50-95°C. The studies generally mention the use of an alkali, such as sodium carbonate, as well as highly variable tempera- tures and/or times without specifying the yield or viscosity of the final product, using specific parameters or a particular algal species. For this reason, the objective of this study was to determine the effect of temperature and extrac- tion time on the yield and viscosity of sodium alginate, using Macrocystis pyrifera as raw material.
MATERIAL AND METHODS
(a) Effect of extraction temperature on yield and quality in terms of viscosity
The method of Hernandez-Carmona et al. (patent pending) was used in the experiments, with 10-g samples of dry algae (M. pyrifera), collected from Bahia Tortugas, Baja California Sur (Mexico), during the summer of 1994 for the experiment of the effect of temperature and in the fall of 1990 for the experiment on treat- ment time, since this is a high-yield sample. The algae were ground to a 40 mesh size.
The samples were hydrated in a 0.1% formaldehyde solution, at a ratio of nine parts solution to one of algae, for I2 h, to facilitate reactions in the latter stages (McHugh, 1987).
Acid pre-extraction was conducted by washing the algae three times with I50 ml of
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Ciencias Marinas, Vol. 22, No. 4, 1996
Las algas fueron molidas hasta un tamario de 40 mallas.
Las muestras se hidrataron con solution de formaldehido al O.l%, en una proportion de nueve partes de solution por una de algas, durante 12 h, para facilitar las reacciones en las etapas posteriores (McHugh, 1987).
La preextraccion acida se realize mediante tres lavados del alga con 150 ml de agua desti- lada; se a.justo el pH a 4 con acido clorhidrico IN, manteniendo una agitation de I5 min en cada lavado, para permitir la transformation de las sales de alginato en acido alginico, con la liberation de 10s iones calcio (Arvizu-Higuera ef al., 1995).
La etapa de extraction alcalina se llevo a cabo en dos formas: para la extraction en ca- liente se colocaron las muestras en un volumen de veinticinco partes de agua destilada por una de algas y se ajusto el pH a 10 con una solution de carbonato de sodio al 10%. Las muestras se mantuvieron en batio maria a 80°C con agita- cion constante de 800 rpm durante 2 h. Para la extraction en frio se realizb el mismo procedi- miento, except0 que la muestra se mantuvo en agitation a una temperatura de 28°C por un tiempo de 2 h.
En ambos tratamientos, la pasta obtenida se diluyo con agua caliente y se filtro al vacio, con ayuda de tierra de diatomeas y papel filtro Whatman No. 4. La solution clarificada se precipito con cloruro de calcio al IO%, mante- niendo una agitation constante. La muestra pre- cipitada se ftltro y las fibras de alginato de calcio se suspendieron en veinte partes de agua destilada por una parte de algas empleadas; se ajusto el pH a 2 con una solution de Bcido clorhidrico IN y se mantuvo en agitation por I5 min. Posteriormente, la muestra se decant6 y se repitio el lavado dos veces mas, ajustando el pH a I .8, con el fin de convertir el alginato de calcio en acido alginico.
Las fibras de acido alginico se colocaron en una mezcla de alcohol y agua, en una propor- cion 1: I, en un volumen de I5 ml por gramo de alga. Se afiadio una solution de carbonato de sodio al 10% hasta obtener un pH de 8. La muestra se mantuvo en agitation durante I h. El alginato de sodio obtenido se filtro, se prenso,
distilled water; in each washing, pH was ad- justed to 4 with IN hydrochloric acid and the mixture was stirred constantly for I5 min to allow for the transformation of the alginate salts to alginic acid, with the liberation of the calcium ions (Arvizu-Higuera et al., 1995).
Alkaline extraction was carried out in two ways: for the hot extraction, the samples were placed in a volume of twenty-five parts distilled water to one of algae; pH was adjusted to IO with a 10% sodium carbonate solution. The samples were kept in a water bath at 80°C with constant agitation of 800 rpm for 2 h. The same method was used for the cold extraction, except that the sample was kept at 28°C and stirred constantly for 2 h.
In both treatments, the paste obtained was diluted with hot water and vacuum filtered, using diatomaceous earth and Whatman No. 4 filter paper. The clarified solution was precipi- tated with 10% calcium chloride while being constantly stirred. The precipitated sample was filtered and the calcium alginate fibers sus- pended in twenty parts distilled water to one part of algae; pH was adjusted to 2 using a IN hydrochloric acid solution, keeping agitation constant for I5 min. The sample was later drained and rinsed two more times in the same manner, adjusting the pH to I.8 in order to con- vert the calcium alginate to alginic acid.
The alginic acid fibers were placed in a mixture of alcohol and water, at a ratio of 1: I, using 15 ml of mixture per gram of algae. A 10% sodium carbonate solution was added until a pH of 8 was reached. The sample was stirred constantly for I h. The sodium alginate obtained was filtered, pressed and the fibers separated and dried in an oven at 50°C until constant weight. The sodium alginate yields were calculated based on the dry weight of the initial sample.
The viscosity of the alginate obtained was determined for both treatments, A 1% solution was prepared, adjusting the temperature to 25°C and it was measured in a Brookfield LVT viscometer. at a speed of 60 rpm vvith the ap- propriate spindle. The viscosity was also deter- mined after adding hexametaphosphate sodium to the solution (50% of the alginate weight). in
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ArviLu-lligucra et a/ : Efccto de tcmperatura y ticmpo de extracci6n en la obtcncihn de alginato
se dcsmcnuzaron las iibras y se secaron en un horno a 50°C hasta peso constantc y se calcula- ron 10s rcndimientos de alginato de sodio con base cn cl peso seco de la muestra initial.
Para ambos tratamientos se dctermin6 la viscosidad de1 alginato obtenido; se prepar6 una solucibn al 1%. ajustando la tcmperatura a 25°C. y se midi en un viscosimetro Brooktield LVT. a una velocidad de 60 rpm con la agu.ja adecuada. TambiCn sc determin6 la ciscosidad despuCs de agregar hcxametafosfato de sodio a la soluci6n (50% del peso de alginato). con el fin dc secuestrar el calcio presente en la muestra 1 determinar la viscosidad real de la soluci6n.
(b) DeterminacGn del efecto de la extracci6n en caliente (80°C) en funci6n del tiempo de tratamiento
Para determinar el tiempo dptimo de extrac- cibn se variaron 10s tiempos de tratamiento alcalino, desdc 90 hasta I65 min, con intervalos de I5 min.
En el primer estudio 10s experimentos se corrieron con cuatro rCplicas y en el Segundo con tres rCplicas. La comparacibn de medias se rcaliz6 mediante una prueba I de Student.
RESULTADOS
(a) Efecto de la temperatura de extracckn sobre el rendimiento y la calidad en tkminos de viscosidad
En la extracci6n en caliente se obtuvo un rendimiento promedio de 19. IO%, mientras que en la extraccicin en frio el rendimiento promedio fue de I5.53%. lo que representa una diferencia de 3.57% mayor para el primer tratamiento, que estadisticamente fue significativamente diferen- te (a = 0.05) (tabla I).
La viscosidad promedio de la soluci6n de alginato de sodio al I%, despues de agregar el secuestrante de calcio, fue de 398 cps para el proceso en caliente, mientras que en el proceso en frio la viscosidad fue de 466 cps, es decir, 14.59% m8s alta que en el primer proceso. per0 cstadisticamente no fue signiticativamente dife- rente (u = 0.05) (tabla I).
order to sequester the calcium present in the sample and determine the true viscosity of the
solution.
(b) Effect of hot extraction (80°C) in terms of treatment time
In order to determine the best extraction time, the alkaline treatment times were varied. from 90 to 165 min, with I5 min intervals.
Four duplicate tests were run in the first study and three in the second. Student’s I-test was used to compare the means.
RESULTS
(a) Effect of extraction temperature on yield and quality in terms of viscosity
An average yield of 19.10% was obtained in the hot extraction, whereas an average yield of 15.53% was obtained in the cold extraction. The difference was 3.57% greater in the first treatment and it was also statistically different
(a = 0.05) (table I). The average viscosity of the I% sodium
alginate, after adding the calcium sequestering agent, was 398 cps in the hot process and 466 cps in the cold process; in other words, it was 14.59% higher in the first process, but it was not significantly different (u = 0.05) (table I).
(b) Effect of treatment time in the hot extraction
Yield, in terms of treatment time, remained almost constant between the 90 and 165 min treatments, ranging from 26.53% (90 min) to 27.84% (120 min). There were no statistically different changes (c( = 0.05) (fig. I).
The viscosity of the 1% solutions of the dif- ferent treatment times was also not significantly different (a = 0.05) ranging from 880 cps at 105 min to 746.7 cps at 165 min (fig. 2). Even though significant differences were not found between the viscosity values obtained, a slight decrease was observed at I05 min, when the highest viscosity value (880 cps) was obtained. However. the reduction in viscosity of the
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C‘iencias Marinas. Vol. 22. No. 4. 1996
Tabla 1. Efecto de la temperatura en la etapa de extraction en et proceso de production de alginato de sodio. Table 1. Effect of temperature in the extraction stage during the process of sodium alginate production.
Tratamiento
Frio (28°C) Caliente (80°C)
Peso del alginato de sodio (g) RI
R2
R3
R4
Media
Rendimiento (% base seca) RI 15.03 19.15
R2 16.16 19.40
R3 15.98 18.82
R4 14.95 19.04
Media 15.53 19.10
Viscosidad en solution al I % sin hexametafosfato de sodio (cps)
RI 594 484
R2 420 462
R3 660 394
R4 436 438
Media 528 445
Viscosidad en solution al 1% con hexametafosfato de sodio (cps)
RI 512 450
R2 374 402
R3 588 360
R4 388 380
Media 466 398
pH en solution al I % RI 7.0 7.0
R2 7.0 6.8
R3 7.0 6.8
R4 7.0 7.0
Media 7.0 6.9
I .5034
1.6162
1.5977
I .4950
I.5531
1.9149
I .9402
1.8818
I .9044
1.9103
(b) Efecto del tiempo de tratamiento en la extraccibn en caliente
El rendimiento en funcion del tiempo de tratamiento se mantuvo aproximadamente constante entre 10s 90 y 165 min, variando de 26.53% (90 min) a 27.84% (120 min), sin presentar un cambio estadisticamente diferente (a = 0.05) (fig. I).
La viscosidad de las soluciones al 1% de 10s diferentes tiempos de tratamiento tampoco
120 min value was only 42.7 cps; this loss can, therefore, be justified, allowing the reaction to continue until 120 min in order to achieve maximum yield.
DISCUSSION
During the process of alginate production in the laboratory, the hot extraction (SOYI) was more effective than the cold extraction, since 3.57% more was obtained in the tirst treatment,
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Arvizu-Higuera et al. : Efecto de temperatura y tiempo de extraction en la obtencion de alginato
W 90 105 120 135 150 165
Tiempo de extraction (minutes)
Figura 1. Efecto del tiempo de extraction sobre el rendimiento de alginatos, realizando la extraction en caliente (80°C). Muestra: Macrocystis pyrifera, Bahia Tortugas, BCS (Mexico), otofio de 1990. Figure 1. Effect of extraction time on alginate yield in the hot extraction (80°C). Sample: Macrocystis pyrifera, Bahia Tortugas, BCS (Mexico), fall 1990.
500 90 105 120 135 150 165
Tiempo de extraccibn (minutes)
Figura 2. Efecto de1 tiempo de extraction sobre la viscosidad de 10s alginatos en solution al I%, realizando la extraccih en caliente (80°C). Muestra: Macrocystis pyrifera, Bahia Tortugas, BCS (Mexico), otofio de 1990. Figure 2. Effect of extraction time on alginate viscosity in 1% solution during hot extraction (80°C). Sample: Macrocystis pyrijba, Bahia Tortugas, BCS (Mexico), fall 1990.
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fueron signiticativamente diferentes (a = 0.05) variando entre 880 cps a 10s 105 min y 746.7 cps a 10s 165 min (fig. 2). A pesar de no encontrar diferencia significativa en 10s valores de viscosidad obtenidos, se aprecio un ligero decrement0 a partir de 10s I05 min, cuando se obtuvo el valor m&s alto de viscosidad (880 cps); sin embargo, en el siguiente valor, a 10s 120 min, la reduccibn de viscosidad so10 fue de 42.7 cps, por lo que se puede justiticar esta perdida. permitiendo que continue la reac- cion hasta 120 min para lograr el rendimiento
maxima.
DISCUSI6N
En el proceso de production de alginatos, a nivel laboratorio, la extraction en caliente (80°C) fue mas efectiva que la extraccidn en frio, ya que se obtuvo 3.57% mas en el primer tratamiento y fue significativamente diferente. La calidad del product0 en terminos de viscosi- dad fue ligeramente mayor en el tratamiento en frio; sin embargo, esta diferencia (67 cps) no fue estadisticamente signiticativa.
La obtencibn de mayores rendimientos en el proceso en caliente se debe a que las condi- ciones de extraccibn son m&s severas, facili- tando el rompimiento de las paredes celulares del alga y la solubilizacibn del alginato, mien- tras que en el proceso en frio algunas particulas de alga no son digeridas, conservando parte del alginato en su interior, lo que significa que bajo estas condiciones, se requiere un mayor tiempo de reaction (Haug, 1964)
A pesar de que las condiciones de extrac- cion del proceso en caliente son m&s severas y puede ocurrir un rompimiento de las cadenas de
10s acidos urbnicos (Green, 1936), este efecto es minim0 en comparacibn con el tratamiento en frio, debido a que el tiempo de exposition es corto (2 h), de tal forma que el tiempo no es suticiente para degradar significativamente el alginato.
La extraction en frio tiene corn0 ventaja el ahorro de energia que requiere el calentamiento; sin embargo, la disminucion del rendimiento en 3.57% no justitica su aplicacion, ya que 10s costos de produccidn son menores cuando se realiza el tratamiento en caliente durante 2 h.
Ciencias Marinas. Vol. 22, NO. 4. 1996
as well as being significantly different. The quality of the product in terms of viscosity was slightly greater in the cold treatment; however, this difference (67 cps) was not significantly different.
The greater yields obtained in the hot pro- cess are due to the more severe extraction conditions, which facilitate the breakdown of the cellular walls of the alga and the solubility of the alginate; whereas in the cold process, some algal particles are not broken down, and part of the alginate remains inside, requiring a greater reaction time (Haug, 1964).
Although hot extraction conditions are more severe and a breaking of the uranic acid chains can occur (Green, 1936) this effect is minimal compared to the cold treatment, due to its short exposure time (2 h), which is not enough to significantly degrade the alginate.
One advantage of the cold extraction is the energy saved compared to the hot extraction; however, the 3.57% decrease in yield does not justify its use, since production costs are lower when the hot treatment is used for 2 h.
According to commercial standards (Kelco, 1986; Protan, l983), the alginates obtained from both the cold and hot processes have a mean viscosity (400 cps) and high viscosity (800 cps) from the fall 1990 sample used to de- termine extraction time. Hernandez-Carmona et al. (1991) suggested a 2-h, cold extraction method and obtained yields of 24.4% and vis- cosities of 440 cps (mean), which are similar to those reported in this study.
The alkaline extraction time of the range studied in the hot process (80°C) did not significantly affect the yield and viscosity of the final product, and resulted in a minimum
extraction time of 90 min. However, from the chemical point of view, reaction does not end until there are no more increases in yield. If this level is desired, the minimum extraction time is 120 min, with a slight loss in viscosity (43 cps) with respect to the previous time (105 min).
High temperature and prolonged extraction times lead to the breaking of uranic acid chains and the consequential loss of viscosity in the sodium alginate (McHugh, 1987). However, once the optimum extraction time for obtaining high quality and yield is found, it can be used
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De acuerdo con 10s estandares comcrciales
(K&o, 1986: Protan. 1983) 10s alginatos obtcnidos tanto en el proceso en frio coma en calientc, prescntan una viscosidad media (400 cps) y una viscosidad alla (800 cps) para la muestra de ototio de 1990. cmpleada para dctcrminar cl tiempo de cxtraccion. llernandez- Carmona rt ul. ( I99 I ) proponen un metodo de cxtraccion en frio durante 2 h. con rendimientos dc 24.4% y viscosidades de 440 cps (media). 10s cuales son similares a 10s que se repot-tan en cstc estudio.
El tiempo de extraction alcalina en el inter- vale estudiado, empleando el proceso en calien- te (80°C). no tuvo un efecto signiticativo sobre cl rendimicnto y la viscosidad del product0 linal, por lo que se puede considerar coma tiem- po minimo de extraction 90 min. Sin embargo, dcsde et punto de vista quimico, la reaccibn concluyc hasta quc no se incrementa mas el rendimiento: si se desea llegar a este nivel, el tiempo minim0 de extraction es de 120 min, con una pequeiia perdida de viscosidad (43 cps) rcspecto al tiempo anterior ( IO5 min).
Las altas temperaturas y 10s tiempos de extraction prolongados conducen al rompi- miento de las cadenas de acidos uronicos con la consecuente perdida de viscosidad del alginato de sodio (McHugh, 1987). Sin embargo, una vez que se ha encontrado el punto optima de extraction para obtener un product0 de alta calidad y rendimiento, estos factores se pueden emplear para controlar la viscosidad del pro- ducto !inal. dcpendiendo del tipo de alginato que se desea obtener. ya que las diferentes industrias que emplean alginatos requieren pro- ductos con diferente viscosidad. Por e,jemplo, para la elaboration de algunos productos ali- menticios y cosmtticos se emplean alginatos de 800-1.000 cps, para impresiones dentales se emplean viscosidades de 200-300 cps y la industria farmaceutica emplea de 5-10 cps (Protan, 1983). El conocimiento de las varia- ciones de viscosidad en funcion del tiempo de
tratamiento permite tomar decisiones en el pro- ceso de production para lograr la viscosidad deseada. Estas variaciones tambien dependen del tipo de alga que se emplee y la fecha de recoleccion ya que puede presentar la misma tendencia, pero 10s valores de viscosidad en
to control the viscosity of the final product. depending on the type of alginatc dcsircd, since the different industries that USC alginatcs require products with different viscosities. For exam- plc, in the production of some food products and cosmetics, alginates of 800-1,000 cps are used, dental impressions require viscosities of 200-300 cps, and the pharmaceutical industry requires 5-10 cps (Protan. 1983). Knowledge of the variations in viscosity in terms of treatment time will allow for the appropriate steps to be taken during the production process in order to achieve the viscosity desired. These variations can also depend on the type of alga used and the date collected. since the same tendency might occur, but viscosity values, in terms of time, could be different. Thus, each species used in a certain time should be analyzed to obtain their reduction curve.
CONCLUSIONS
During the process of alginate production in the laboratory, hot extraction (80°C) com- pared to cold extraction (28°C) favors the yield of the sodium alginate obtained in the final product, without significantly affecting quality in terms of viscosity. In this case, the minimum extraction time at 80°C for Macrocystis pyrifera in the range studied is 90 min, which results in an acceptable yield and quality.
English translation by Jennifer Davis,
funcion del tiempo son diferentes, por lo que cada especie que se emplee y en una temporada determinada debe ser analizada para obtener su curva de reduction.
CONCLUSIONES
En el proceso de production de alginatos. a nivel laboratorio, la extraction en caliente (80°C). en comparacion con la extraction en frio (28“C). favorece el rendimiento del algi- nato de sodio obtenido sin afectar signiticativa- mente la calidad, en ttrminos de viscosidad, del product0 final. En este case, para Macrocystis p,vrifera, el tiempo minim0 de extraction a 80°C
Arvixu-liiguera et a/.: Efecto de temperatura y ticmpo de extraction en la obtcncion dc alginato
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Ciencias Marinas, Vol. 22, No. 4, 1996
en el interval0 estudiado, con el cual se puede obtener un rendimiento y calidad aceptable, es de 90 min.
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